JPH04368191A - Error signal generator in wavelength stabilization of laser light - Google Patents

Error signal generator in wavelength stabilization of laser light

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JPH04368191A
JPH04368191A JP14465991A JP14465991A JPH04368191A JP H04368191 A JPH04368191 A JP H04368191A JP 14465991 A JP14465991 A JP 14465991A JP 14465991 A JP14465991 A JP 14465991A JP H04368191 A JPH04368191 A JP H04368191A
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laser light
error signal
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laser
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Tatsuro Kawamura
達朗 河村
Nobuo Sonoda
園田 信雄
Tetsuji Kawakami
哲司 川上
Takashi Minemoto
尚 峯本
Katsuya Wakita
克也 脇田
Yusuke Ozaki
祐介 尾崎
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable arbitrary setting of standard wavelength when wavelength stabilization is performed for laser light and to acquire an error signal which expresses a difference between the standard wavelength and a current laser oscillation wavelength by using interaction between laser light and wavelength conversion element. CONSTITUTION:A fully small a.c. element is added to a dc element of inrush current of a semiconductor laser 1 for amplitude modulation of inrush current. Thereby, extremely fine wavelength modulation is applied to laser light. When the laser light is injected to a wavelength conversion element 2 and a detection signal of laser light of angular frequency of 2omega whose wavelength is converted is synchronously detected by a lock-in amplifier 5, differential signal which is zero cross signal can be acquired.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光の波長安定化
の際に用いられる目標値と現在値の差即ち誤差信号発生
装置に関し、特に、レーザ光と波長変換素子との相互作
用を利用して誤差信号を得る誤差信号発生装置に関する
[Field of Industrial Application] The present invention relates to a difference between a target value and a current value, that is, an error signal generating device used in stabilizing the wavelength of a laser beam, and in particular, to a device that generates an error signal using the interaction between a laser beam and a wavelength conversion element. The present invention relates to an error signal generation device that obtains an error signal.

【0002】0002

【従来の技術】レーザ光の波長安定化は、光計測におけ
る精度の向上、光通信における大容量化、高速化に不可
欠な技術であり、一般に、レーザ光の波長を安定化する
方法は、現在の発振波長と基準波長との差を誤差信号と
して取り出し、この誤差信号をゼロにするようにレーザ
光の発振波長を制御することによって、発振波長を基準
波長に安定化させる方法が考えられる。
[Prior Art] Stabilizing the wavelength of laser light is an indispensable technology for improving accuracy in optical measurement and increasing capacity and speed in optical communications. A method of stabilizing the oscillation wavelength to the reference wavelength is to extract the difference between the oscillation wavelength and the reference wavelength as an error signal, and to control the oscillation wavelength of the laser beam so that this error signal becomes zero.

【0003】従来、原子や分子の吸収線や光共振器の共
振波長を基準波長として利用し、誤差信号を発生させて
いた。以下、原子や分子の吸収線を用いる方法について
説明する。図7aは、半導体レーザの波長安定化によく
用いられるルビジウムの吸収線(Rb−D2線のうちの
一本(波長780.0nm))である。図7bは、吸収
線の透過光量を波長で微分した微分信号であり、これを
誤差信号として用いる。
Conventionally, the absorption line of atoms or molecules or the resonance wavelength of an optical resonator has been used as a reference wavelength to generate an error signal. A method using absorption lines of atoms and molecules will be explained below. FIG. 7a shows an absorption line of rubidium (one of the Rb-D2 lines (wavelength 780.0 nm)) often used for wavelength stabilization of semiconductor lasers. FIG. 7b shows a differential signal obtained by differentiating the amount of transmitted light of the absorption line with respect to wavelength, and this is used as an error signal.

【0004】図6は、この半導体レーザの波長安定化の
ための光学系及び信号処理ブロック図である。図6にお
いて、1は半導体レーザ、20はRbセルで気体状のR
bが封入されている、3は光電変換器、4は発振器、5
はロックインアンプ、6は制御器、7は加算器である。 半導体レーザ1の発振波長の制御は、半導体レーザ1へ
の注入電流を制御することによって行うことができる。 そこで、レーザ光をRbセル20に入射して、その透過
光ビーム強度を光電変換器3で測定しながら、注入電流
を掃引すると、図7aに示すRbの吸収線が観測できる
FIG. 6 is a block diagram of the optical system and signal processing for wavelength stabilization of this semiconductor laser. In FIG. 6, 1 is a semiconductor laser, 20 is an Rb cell, and gaseous R
b is enclosed, 3 is a photoelectric converter, 4 is an oscillator, 5
is a lock-in amplifier, 6 is a controller, and 7 is an adder. The oscillation wavelength of the semiconductor laser 1 can be controlled by controlling the current injected into the semiconductor laser 1. Therefore, by injecting a laser beam into the Rb cell 20 and sweeping the injection current while measuring the transmitted light beam intensity with the photoelectric converter 3, the Rb absorption line shown in FIG. 7a can be observed.

【0005】次に、レーザ光の波長安定化における誤差
信号の発生について説明する。発振器4の出力の一部を
加算器7を用いて制御器6の出力に重畳することにより
、注入電流の直流成分に比べて十分に小さい交流成分を
加算して、注入電流を振幅変調すると、レーザ光の発振
波長に極微少な波長変調がかかる。波長変調が行われた
状態で、注入電流を掃引しながら、光電変換器3の出力
をロックインアンプ5を用いて、発振器4の出力である
変調周波数で同期検波すると、図7bに示すRb吸収線
の微分信号が得られる。この微分信号は、いわゆるゼロ
クロス信号であって、波長安定化用の誤差信号となる。
Next, the generation of an error signal in stabilizing the wavelength of laser light will be explained. By superimposing a part of the output of the oscillator 4 on the output of the controller 6 using the adder 7, an alternating current component that is sufficiently smaller than the direct current component of the injected current is added to modulate the amplitude of the injected current. A very small wavelength modulation is applied to the oscillation wavelength of the laser beam. When the output of the photoelectric converter 3 is synchronously detected at the modulation frequency that is the output of the oscillator 4 using the lock-in amplifier 5 while sweeping the injection current in a state where wavelength modulation is performed, the Rb absorption shown in FIG. 7b is obtained. A line differential signal is obtained. This differential signal is a so-called zero cross signal, and serves as an error signal for wavelength stabilization.

【0006】制御器6は、この誤差信号がゼロになるよ
うに半導体レーザ1の注入電流を制御して、波長安定化
のフィードバック制御を行う。このように、半導体レー
ザ1の発振波長を図7bのゼロクロス点(波長=780
nm)に安定化することができる。なお、上記の例にお
いて、変調周波数が5kHzで、ロックインアンプの時
定数が100msecの時に、10−13 の波長安定
度が得られている。
The controller 6 controls the injection current of the semiconductor laser 1 so that this error signal becomes zero, thereby performing feedback control for wavelength stabilization. In this way, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1 is set at the zero cross point (wavelength = 780
nm). In the above example, when the modulation frequency is 5 kHz and the time constant of the lock-in amplifier is 100 msec, a wavelength stability of 10-13 is obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子や
分子の吸収線を用いて波長安定化を行う場合は、原子や
分子の吸収線の数は有限で離散的に存在するため、安定
化すべき波長が吸収線の波長に限定されてしまい、任意
の波長に対してレーザ光の波長安定化を行うことが困難
であるという課題があった。
[Problem to be Solved by the Invention] However, when wavelength stabilization is performed using the absorption lines of atoms and molecules, the number of absorption lines of atoms and molecules is finite and discrete, so the wavelength to be stabilized is is limited to the wavelength of the absorption line, making it difficult to stabilize the wavelength of laser light for any wavelength.

【0008】また、光共振器の共振波長を基準波長とし
て用いる場合は、その共振器の調整が難しく、また基準
波長を変化させる機構が複雑になるという課題があった
。本発明は、レーザ光と波長変換素子との相互作用を利
用することにより、レーザ光の波長安定化のための誤差
信号を、任意の波長について発生させることができる、
レーザ光の波長安定化における誤差信号発生装置を提供
することを目的とする。
Furthermore, when the resonant wavelength of an optical resonator is used as a reference wavelength, there are problems in that it is difficult to adjust the resonator and the mechanism for changing the reference wavelength becomes complicated. The present invention makes it possible to generate an error signal for wavelength stabilization of laser light at any wavelength by utilizing interaction between laser light and a wavelength conversion element.
An object of the present invention is to provide an error signal generation device for stabilizing the wavelength of laser light.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、レーザ光の波長を変調する手段、波長変
換素子、及び波長変換された光ビームを検出する光電変
換器を備えることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention includes means for modulating the wavelength of laser light, a wavelength conversion element, and a photoelectric converter for detecting the wavelength-converted light beam. It is characterized by

【0010】また、本発明は、波長変換素子、レーザ光
と前記波長変換素子との相互作用長を変調する手段、及
び波長変換された光ビームを検出する光電変換器を備え
ることを特徴とする。
The present invention is also characterized in that it comprises a wavelength conversion element, means for modulating the interaction length between the laser beam and the wavelength conversion element, and a photoelectric converter for detecting the wavelength-converted light beam. .

【0011】また、本発明は、レーザ光を2本の光ビー
ムに分割するビーム分割器、波長変換素子、波長変換さ
れた各光ビームを検出する2つの光電変換器、及び前記
光電変換器の各出力の差信号を得る減算器を備え、前記
ビーム分割器により分割された2本の光ビームと前記波
長変換素子との相互作用長が各々異なるように配置する
ことを特徴とする。
The present invention also provides a beam splitter for splitting a laser beam into two light beams, a wavelength conversion element, two photoelectric converters for detecting each of the wavelength-converted light beams, and a photoelectric converter for detecting each wavelength-converted light beam. It is characterized in that it includes a subtracter that obtains a difference signal of each output, and is arranged so that the interaction lengths between the two light beams split by the beam splitter and the wavelength conversion element are different from each other.

【0012】0012

【作用】以下、本発明に係るレーザ光の波長安定化にお
ける誤差信号発生装置の原理を説明する。レーザ光が、
LiNbO3 、KH2 PO4 、KTiOPO4 
、KNbO3 等の波長変換材料からなる波長変換素子
に入射すると、波長変換されたレーザ光が発生する。な
お、波長変換されるためには、位相整合がとれていない
状態、即ち、(数1)に示す例においてΔk≠0の条件
、が必要である。
[Operation] The principle of the error signal generating device for stabilizing the wavelength of laser light according to the present invention will be explained below. The laser light
LiNbO3, KH2PO4, KTiOPO4
, KNbO3 or the like, a wavelength-converted laser beam is generated. Note that in order to perform wavelength conversion, a state in which phase matching is not achieved, that is, a condition of Δk≠0 in the example shown in (Equation 1) is required.

【0013】波長変換されたレーザ光の強度は、入射し
たレーザ光と波長変換素子との相互作用長を変化させる
ことにより、一定の周期で正弦波状に振動する現象が現
れる。この周期は一般に「コヒーレント長」と称される
。コヒーレント長は、波長変換素子の屈折率の波長分散
と、入射するレーザ光の波長によって変化する。逆に、
相互作用長を一定に保ち、入射するレーザ光の波長を変
化させても、波長変換されたレーザ光の強度は正弦波状
に変化する。
The intensity of the wavelength-converted laser light oscillates sinusoidally at a constant period by changing the interaction length between the incident laser light and the wavelength conversion element. This period is commonly referred to as the "coherence length." The coherence length changes depending on the wavelength dispersion of the refractive index of the wavelength conversion element and the wavelength of the incident laser light. vice versa,
Even if the interaction length is kept constant and the wavelength of the incident laser light is changed, the intensity of the wavelength-converted laser light changes sinusoidally.

【0014】これらの現象を理解するために、第2次高
調波発生を例にとって数式に表したものが(数1)であ
る。なお、理解容易のために、波長λの代わりに角周波
数ωで表現している(ω=2π・c/λ)。
[0014] In order to understand these phenomena, the following equation (1) is used to express the second harmonic generation as an example. Note that for ease of understanding, the angular frequency ω is used instead of the wavelength λ (ω=2π·c/λ).

【0015】[0015]

【数1】[Math 1]

【0016】なお、2ωとωが波長変換素子の共鳴周波
数から離れている場合、光2ωにおける波長変換材料の
屈折率と光ωにおける波長変換材料の屈折率の差(n2
ω−nω)は、一定とみなすことができる。
Note that when 2ω and ω are far from the resonant frequency of the wavelength conversion element, the difference (n2
ω−nω) can be considered constant.

【0017】図1は、縦軸に光2ωのパワーをとり、横
軸に角周波数ωをとって表した(数1)のグラフである
。図1において、相互作用長lをパラメータとして、破
線1はl=laの場合、実線2はl=lb(la<lb
)の場合のグラフである。図1の正弦波状の信号が波長
安定化の基準となり、この微分信号が、レーザ光の波長
安定化における誤差信号となる。また、相互作用長lを
変化させることによって、波長基準を任意に設定するこ
とができる。
FIG. 1 is a graph of (Equation 1) in which the power of light 2ω is plotted on the vertical axis and the angular frequency ω is plotted on the horizontal axis. In Fig. 1, with the interaction length l as a parameter, the dashed line 1 indicates l=la, and the solid line 2 indicates l=lb (la<lb
) is the graph for the case. The sinusoidal signal in FIG. 1 serves as a reference for wavelength stabilization, and this differential signal serves as an error signal in wavelength stabilization of laser light. Further, by changing the interaction length l, the wavelength reference can be arbitrarily set.

【0018】従って、本発明の構成によれば、波長変換
素子へレーザ光を入射させて、レーザ光の波長を変調す
ることにより、レーザ光の角周波数ωが変調されて、図
1の例えば実線のグラフの微分信号が得られる。この微
分信号は、直流成分の無い正弦波状の信号であって、複
数のゼロクロス点が存在する。そこで、相互作用長lの
調整により、負のフィードバックになる傾きを有するゼ
ロクロス点を選択して、その点の角周波数ωを基準角周
波数として採用することにより、基準波長が決定されて
、レーザ光の波長安定化における誤差信号を得ることが
できる。
Therefore, according to the configuration of the present invention, the angular frequency ω of the laser beam is modulated by making the laser beam incident on the wavelength conversion element and modulating the wavelength of the laser beam. The differential signal of the graph of is obtained. This differential signal is a sinusoidal signal without a DC component, and has a plurality of zero-crossing points. Therefore, by adjusting the interaction length l, a zero-crossing point with a slope that results in negative feedback is selected, and the angular frequency ω at that point is adopted as the reference angular frequency.The reference wavelength is determined and the laser beam is The error signal in wavelength stabilization can be obtained.

【0019】また、レーザ光の波長を変調しないで、入
射したレーザ光と波長変換素子との相互作用長を変化さ
せることにより、波長変換されたレーザ光の強度が、一
定の周期で正弦波状に振動する現象が現れる。図2は、
縦軸に光2ωのパワーをとり、横軸に相互作用長lをと
って表した(数1)のグラフである。なお、λは入射レ
ーザ光の波長である。
Furthermore, by changing the interaction length between the incident laser beam and the wavelength conversion element without modulating the wavelength of the laser beam, the intensity of the wavelength-converted laser beam can be made sinusoidal with a constant period. A vibrating phenomenon appears. Figure 2 shows
This is a graph of (Equation 1) in which the power of light 2ω is plotted on the vertical axis and the interaction length l is plotted on the horizontal axis. Note that λ is the wavelength of the incident laser beam.

【0020】従って、レーザ光と前記波長変換素子との
相互作用長を変調することにより、図2のグラフの微分
信号が得られ、上述と同様に、複数のゼロクロス点の中
から、負のフィードバックになる傾きを有するゼロクロ
ス点を選択して、その点の相互作用長lを基準値として
採用することにより、基準波長が決定されて、レーザ光
の波長安定化における誤差信号を得ることができる。
Therefore, by modulating the interaction length between the laser beam and the wavelength conversion element, the differential signal shown in the graph of FIG. By selecting a zero-crossing point having an inclination of , and using the interaction length l at that point as a reference value, a reference wavelength can be determined, and an error signal in wavelength stabilization of laser light can be obtained.

【0021】また、レーザ光を2本の光ビームに分割し
て波長変換素子へ入射し、各光ビームと波長変換素子と
の相互作用長が各々異なるように配置して、波長変換さ
れた各光ビームを検出する2つの光電変換器からの各出
力の差信号を発生させることにより、図1に示す破線1
のグラフと実線2のグラフとの差信号が得られる。この
差信号は、破線1と実線2の交点におけるゼロクロス点
が複数存在する。そこで、相互作用長lの調整により、
負のフィードバックになる傾きを有するゼロクロス点を
選択して、その点の角周波数ωを基準角周波数として採
用することにより、基準波長が決定されて、レーザ光の
波長安定化における誤差信号を得ることができる。
In addition, the laser beam is divided into two light beams which are incident on the wavelength conversion element, and each light beam is arranged so that the interaction length with the wavelength conversion element is different. By generating a difference signal of the respective outputs from two photoelectric converters that detect the light beam, the dashed line 1 shown in FIG.
A difference signal between the graph of 2 and the graph of solid line 2 is obtained. This difference signal has a plurality of zero crossing points at the intersection of the broken line 1 and the solid line 2. Therefore, by adjusting the interaction length l,
A reference wavelength is determined by selecting a zero-crossing point with a slope that results in negative feedback and adopting the angular frequency ω at that point as a reference angular frequency, thereby obtaining an error signal in wavelength stabilization of laser light. Can be done.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明に係る、レーザ光の波長安定化
における誤差信号発生装置の実施例を説明する。 (実施例1)図3は、本発明に係る誤差信号発生装置の
一実施例の光学系及び信号処理ブロック図である。図3
において、1は半導体レーザ、2は波長変換素子であっ
て、図に示すようにくさび形状に形成され、X方向に移
動させることによって相互作用長lを変化させることが
できる。3は光電変換器、4は発振器、5はロックイン
アンプ、6は制御器、7は加算器、8は角周波数2ωの
光を透過し角周波数ωの光を遮断するフィルタ、9は波
長変換素子2をX方向に移動させるX軸ステージである
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an error signal generation device for wavelength stabilization of laser light according to the present invention will be described. (Embodiment 1) FIG. 3 is an optical system and signal processing block diagram of an embodiment of an error signal generating device according to the present invention. Figure 3
, 1 is a semiconductor laser, and 2 is a wavelength conversion element, which is formed into a wedge shape as shown in the figure, and the interaction length l can be changed by moving it in the X direction. 3 is a photoelectric converter, 4 is an oscillator, 5 is a lock-in amplifier, 6 is a controller, 7 is an adder, 8 is a filter that transmits light with an angular frequency of 2ω and blocks light with an angular frequency ω, and 9 is a wavelength converter. This is an X-axis stage that moves the element 2 in the X direction.

【0023】半導体レーザの注入電流の直流成分に、十
分に小さい交流成分を加算して、注入電流を振幅変調す
ることにより、レーザ光に極微少な波長変調がかかる。 このレーザ光を波長変換素子2に入射し、波長変換され
た角周波数2ωのレーザ光の検出信号をロックインアン
プ5で同期検波すると、図1の例えば実線のグラフを微
分した微分信号が得られる。この微分信号はいわゆるゼ
ロクロス信号で制御用の誤差信号となる。
By adding a sufficiently small alternating current component to the direct current component of the current injected into the semiconductor laser and modulating the amplitude of the injected current, extremely small wavelength modulation is applied to the laser light. When this laser light is incident on the wavelength conversion element 2 and the detection signal of the wavelength-converted laser light with an angular frequency of 2ω is synchronously detected by the lock-in amplifier 5, a differential signal obtained by differentiating, for example, the solid line graph in FIG. 1 is obtained. . This differential signal is a so-called zero cross signal and serves as an error signal for control.

【0024】制御器6は、この誤差信号を入力してロッ
クインアンプ5の出力がゼロになるように半導体レーザ
1の注入電流を制御することによって、レーザ光の波長
を安定化することができる。また、X軸ステージ9で波
長変換素子2をX方向に移動させて相互作用長lを調整
することにより、安定化させるレーザ光の波長を任意に
設定することができる。なお、変調周波数は、ロックイ
ンアンプの使用可能な範囲に設定され、数Hzから約5
0MHzの範囲が好ましい。
The controller 6 can stabilize the wavelength of the laser beam by inputting this error signal and controlling the injection current of the semiconductor laser 1 so that the output of the lock-in amplifier 5 becomes zero. . Further, by moving the wavelength conversion element 2 in the X direction on the X-axis stage 9 and adjusting the interaction length l, the wavelength of the laser light to be stabilized can be arbitrarily set. The modulation frequency is set within the usable range of the lock-in amplifier, from several Hz to approximately 5 Hz.
A range of 0 MHz is preferred.

【0025】(実施例2)図4は、本発明に係る誤差信
号発生装置の他の実施例の光学系及び信号処理ブロック
図である。図4において、10は波長変換素子2をX方
向に極微小な振幅で振動させることができるピエゾ素子
などの振動子である。波長変換素子2がX方向に極微少
な振幅で振動しているので、相互作用長lが変調されて
いることになる。これは、図1の例えば実線のグラフが
角周波数ω方向に振動していることに相当する。この信
号をロックインアンプ5で同期検波することによって、
実施例1で得られたのと同様なゼロクロス信号である制
御用の誤差信号を得ることができる。
(Embodiment 2) FIG. 4 is an optical system and signal processing block diagram of another embodiment of the error signal generating device according to the present invention. In FIG. 4, 10 is a vibrator such as a piezo element that can vibrate the wavelength conversion element 2 in the X direction with extremely small amplitude. Since the wavelength conversion element 2 vibrates in the X direction with extremely small amplitude, the interaction length l is modulated. This corresponds to, for example, the solid line graph in FIG. 1 vibrating in the angular frequency ω direction. By synchronously detecting this signal with lock-in amplifier 5,
A control error signal, which is a zero-crossing signal similar to that obtained in the first embodiment, can be obtained.

【0026】制御器6は、この誤差信号を入力してロッ
クインアンプ5の出力がゼロになるように半導体レーザ
1の注入電流を制御することによって、レーザ光の波長
を安定化することができる。
The controller 6 can stabilize the wavelength of the laser beam by inputting this error signal and controlling the injection current of the semiconductor laser 1 so that the output of the lock-in amplifier 5 becomes zero. .

【0027】なお、具体的な実施例として、波長変換素
子2に底辺2mm、上辺1.96mm、高さ20mmの
台形状断面のものを使用し、ピエゾ素子で0.1mmの
振幅で振動させると、相互作用長lの変位量が0.2μ
mとなる。これは、レーザ光の発振波長が830nmの
場合、光の周波数が約3.6×1014Hzに対して約
36GHzの周波数で振幅変調することに相当する。ま
た、変調周波数は、ピエゾ素子の駆動力と波長変換素子
の質量等に依存するが、5kHzから6kHz程度が好
ましい。
As a specific example, if a trapezoidal cross section with a base of 2 mm, a top of 1.96 mm, and a height of 20 mm is used as the wavelength conversion element 2, and it is vibrated with an amplitude of 0.1 mm using a piezo element. , the amount of displacement of interaction length l is 0.2μ
m. This corresponds to amplitude modulation of the light frequency of about 3.6×10 14 Hz at a frequency of about 36 GHz when the oscillation wavelength of the laser light is 830 nm. Further, the modulation frequency depends on the driving force of the piezo element, the mass of the wavelength conversion element, etc., but is preferably about 5 kHz to 6 kHz.

【0028】本実施例は、実施例1と違い、誤差信号発
生の際にレーザ光に波長変調をかける必要がない。レー
ザ光に波長変調がかけられていると、波長安定化がなさ
れたレーザ光に変調周波数成分の波長変動が残存してい
るため、計測、通信等に利用する際に精度、速度、容量
等の見地から利用対象が制限される傾向にある。従って
、この意味から本実施例は実用上大きな利点がある。
In this embodiment, unlike the first embodiment, there is no need to apply wavelength modulation to the laser beam when generating an error signal. When wavelength modulation is applied to a laser beam, wavelength fluctuations in the modulated frequency component remain in the wavelength-stabilized laser beam, so when used for measurement, communication, etc., accuracy, speed, capacity, etc. From this point of view, there is a tendency to limit the scope of use. Therefore, in this sense, this embodiment has a great practical advantage.

【0029】(実施例3)図5は、本発明に係る誤差信
号発生装置の他の実施例の光学系及び信号処理ブロック
図である。図5において、11はビーム分割器、12は
反射ミラー、13、14は光電変換器、15は光電変換
器13、14の各出力の差信号を得る減算器である。ビ
ーム分割器11を透過したレーザ光と波長変換素子2と
の相互作用長はlbで、ビーム分割器11で反射したレ
ーザ光と波長変換素子2との相互作用長はlaである。 従って、光電変換器13、14の出力は、それぞれ図1
に示す実線のグラフ2、破線のグラフ1に対応する。こ
の光電変換器13、14の各出力の差信号を減算器15
を用いて得ることによって、実施例1で得られたのと同
様なゼロクロス信号である制御用の誤差信号を得ること
ができる。
(Embodiment 3) FIG. 5 is an optical system and signal processing block diagram of another embodiment of the error signal generating device according to the present invention. In FIG. 5, 11 is a beam splitter, 12 is a reflecting mirror, 13 and 14 are photoelectric converters, and 15 is a subtracter that obtains a difference signal between the outputs of the photoelectric converters 13 and 14. The interaction length between the laser beam transmitted through the beam splitter 11 and the wavelength conversion element 2 is lb, and the interaction length between the laser beam reflected by the beam splitter 11 and the wavelength conversion element 2 is la. Therefore, the outputs of the photoelectric converters 13 and 14 are as shown in FIG.
This corresponds to graph 2 shown by the solid line and graph 1 shown by the broken line. A subtracter 15 calculates the difference signal between the outputs of the photoelectric converters 13 and 14.
By using , it is possible to obtain a control error signal which is a zero-crossing signal similar to that obtained in the first embodiment.

【0030】制御器6は、この誤差信号を入力して減算
器15の出力がゼロになるように半導体レーザ1の注入
電流を制御することによって、レーザ光の波長を安定化
することができる。
The controller 6 can stabilize the wavelength of the laser light by inputting this error signal and controlling the injection current of the semiconductor laser 1 so that the output of the subtracter 15 becomes zero.

【0031】なお、具体的な実施例として、波長変換素
子2に底辺2mm、上辺1.96mm、高さ20mmの
台形状断面のものを使用し、2つのビーム間隔を1mm
に設定すると、laとlbの差が約2μmとなる。これ
を図1に適用すれば、具体的な誤差信号を求めることが
できる。
As a specific example, a trapezoidal cross section with a base of 2 mm, a top of 1.96 mm, and a height of 20 mm is used as the wavelength conversion element 2, and the interval between the two beams is 1 mm.
When set to , the difference between la and lb is about 2 μm. If this is applied to FIG. 1, a specific error signal can be obtained.

【0032】本実施例も、実施例2と同様に、誤差信号
発生の際にレーザ光に波長変調をかける必要がないため
、本実施例は実用上大きな利点がある。なお、上述の実
施例では、半導体レーザの波長安定化について説明した
が、ガスレーザ、固体レーザ、液体レーザ等の波長安定
化についても同様に適用することができる。
Similar to the second embodiment, this embodiment also has a great practical advantage because it is not necessary to apply wavelength modulation to the laser beam when generating an error signal. In the above-described embodiments, wavelength stabilization of a semiconductor laser was described, but the present invention can be similarly applied to wavelength stabilization of gas lasers, solid-state lasers, liquid lasers, and the like.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、本発明を用いること
により、レーザ光の波長安定化のための誤差信号を、任
意の波長について発生させることができる。従って、簡
単な構成で、任意の波長について、レーザ光の波長を安
定化することができる。
As described above, by using the present invention, an error signal for stabilizing the wavelength of laser light can be generated for any wavelength. Therefore, the wavelength of laser light can be stabilized for any wavelength with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】縦軸に光2ωのパワーをとり、横軸に角周波数
ωをとって表した(数1)のグラフである。
FIG. 1 is a graph of (Equation 1) in which the power of light 2ω is plotted on the vertical axis and the angular frequency ω is plotted on the horizontal axis.

【図2】縦軸に光2ωのパワーをとり、横軸に相互作用
長lをとって表した(数1)のグラフである。
FIG. 2 is a graph of (Equation 1) in which the power of light 2ω is plotted on the vertical axis and the interaction length l is plotted on the horizontal axis.

【図3】本発明に係る誤差信号発生装置の一実施例の光
学系及び信号処理ブロック図である。
FIG. 3 is an optical system and signal processing block diagram of an embodiment of the error signal generating device according to the present invention.

【図4】本発明に係る誤差信号発生装置の他の実施例の
光学系及び信号処理ブロック図である。
FIG. 4 is an optical system and signal processing block diagram of another embodiment of the error signal generating device according to the present invention.

【図5】本発明に係る誤差信号発生装置の他の実施例の
光学系及び信号処理ブロック図である。
FIG. 5 is an optical system and signal processing block diagram of another embodiment of the error signal generating device according to the present invention.

【図6】従来の半導体レーザの波長安定化のための光学
系及び信号処理ブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram of an optical system and signal processing for wavelength stabilization of a conventional semiconductor laser.

【図7】図7aは、従来の半導体レーザの波長安定化に
用いられるルビジウムの吸収線(Rb−D2線のうちの
一本(波長780.0nm))であり、図7bは、吸収
線の透過光量を波長で微分した微分信号である。
FIG. 7a shows an absorption line of rubidium (one of the Rb-D2 lines (wavelength 780.0 nm)) used for wavelength stabilization of a conventional semiconductor laser, and FIG. 7b shows an absorption line of rubidium used for wavelength stabilization of a conventional semiconductor laser. This is a differential signal obtained by differentiating the amount of transmitted light with respect to wavelength.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  半導体レーザ 2  波長変換素子 3  光電変換器 4  発振器 5  ロックインアンプ 6  制御器 7  加算器 8  角周波数2ωの光を透過し、角周波数ωの光を遮
断するフィルタ 9  X軸ステージ 10  振動子 11  ビーム分割器 12  反射ミラー 13、14  光電変換器 15  減算器 20  Rbセル
1 Semiconductor laser 2 Wavelength conversion element 3 Photoelectric converter 4 Oscillator 5 Lock-in amplifier 6 Controller 7 Adder 8 Filter 9 that transmits light with angular frequency 2ω and blocks light with angular frequency ω X-axis stage 10 Oscillator 11 Beam splitter 12 Reflection mirrors 13, 14 Photoelectric converter 15 Subtractor 20 Rb cell

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  レーザ光の波長を変調する手段、波長
変換素子、及び波長変換された光ビームを検出する光電
変換器を備える、レーザ光の波長安定化における誤差信
号発生装置。
1. An error signal generation device for stabilizing the wavelength of laser light, comprising means for modulating the wavelength of laser light, a wavelength conversion element, and a photoelectric converter for detecting the wavelength-converted light beam.
【請求項2】  波長変換素子、レーザ光と前記波長変
換素子との相互作用長を変調する手段、及び波長変換さ
れた光ビームを検出する光電変換器を備える、レーザ光
の波長安定化における誤差信号発生装置。
2. Error in wavelength stabilization of laser light, comprising a wavelength conversion element, means for modulating the interaction length between the laser light and the wavelength conversion element, and a photoelectric converter for detecting the wavelength-converted light beam. Signal generator.
【請求項3】  レーザ光を2本の光ビームに分割する
ビーム分割器、波長変換素子、波長変換された各光ビー
ムを検出する2つの光電変換器、及び前記光電変換器の
各出力の差信号を得る減算器を備え、前記ビーム分割器
により分割された2本の光ビームと前記波長変換素子と
の相互作用長が各々異なるように配置する、レーザ光の
波長安定化における誤差信号発生装置。
3. A beam splitter that splits a laser beam into two light beams, a wavelength conversion element, two photoelectric converters that detect each of the wavelength-converted light beams, and a difference between the outputs of the photoelectric converters. An error signal generation device for stabilizing the wavelength of laser light, comprising a subtracter for obtaining a signal, and arranged so that the interaction lengths between the two light beams split by the beam splitter and the wavelength conversion element are different from each other. .
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